I
在 Matlab 平台上实现对语音信号的去噪研究和仿真
光电与信息工程学院 通信工程专业
【摘要】：语音信号在数字信号处理中占有极其重要的地位，因此选择通
过对语音信号的研究来巩固和掌握数字信号处理的基本能力十分具有代表性。
对数字信号处理离不开滤波器，因此滤波器的设计在信号处理中占有极其重要
的地位。而 MATLAB 软件工具箱提供了对各种数字滤波器的设计。本论文“在
MATLAB 平台上实现对语音信号的去噪研究与仿真”综合运用了数字信号处理的
各种基本知识，进而对不带噪语音信号进行谱分析以及带噪语音信号进行谱分
析和滤波处理。通过理论推导得出相应的结论在设计过程中，运用了 MATLAB 对
整个设计中的图形的绘制和一些数据的计算以及仿真。
【关键字】：滤波器；MATLAB；仿真；滤波
II
目录
摘要................................................................I
第一章 前言........................................................1
1.1 研究的意义 ..................................................1
1.2 国内外研究现状 ..............................................1
1.3 研究的内容 ..................................................2
第二章 语音信号去噪方法的研究......................................3
第三章 去噪及仿真的研究.............................................4
总结...............................................................12
参考文献...........................................................13
1
第一章 前言
1.1 研究的意义
语音是语言的声学表现，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段。随着
社会文化的进步和科学技术的发展，人类开始进入了信息化时代，用现代手段研
究语音处理技术，使人们能更加有效地产生、传输、存储、和获取语音信息，这
对于促进社会的发展具有十分重要的意义，因此，语音信号处理正越来越受到人
们的关注和广泛的研究语音信号是信息技术处理中最重要的一门科学，是人类社
会几步的标志。那么什么是语音？语音是人类特有的功能，也是人类获取外界信
息的重要工具，也是人与人交流必不可少的重要手段。那么什么又是信号？那信
号是什么呢？信号是传递信息的函数。离散时间信号——序列——可以用图形来
表示。
生活中随时可见，也随处可见，语音很大程度上可以影响我们的生活。所以研究
语音信号无论是在科学领域上还是日常生活中都有其广泛而重要的意义。
1.2 国内外研究现状
20 世纪 60 年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如数字滤波器、
快速傅立叶变换（FFT）等是语音信号数字处理的理论和技术基础。随着信息科
学技术的飞速发展，语音信号处理取得了重大的进展：进入 70 年代之后，提出
了用于语音信号的信息压缩和特征提取的线性预测技术（LPC），并已成为语音
信号处理最强有力的工具，广泛应用于语音信号的分析、合成及各个应用领域，
以及用于输入语音与参考样本之间，时间匹配的动态规划方法；80 年代初一种
新的基于聚类分析的高效数据压缩技术—矢量量化（VQ）应用于语音信号处理中；
而用隐马尔可夫模型（HMM）描述语音信号过程的产生是 80 年代语音信号处理技
术的重大发展，目前 HMM 已构成了现代语音识别研究的重要基石。近年来人工神
经网络(ANN)的研究取得了迅速发展，语音信号处理的各项课题是促进其发展的
重要动力之一，他的各项成果也体现在语音信号处理的各项技术之中。
1.3 研究的内容
2
本论文主要介绍的是的语音信号的简单处理。本论文针对以上问题，运用数字信
号学基本原理实现语音信号的处理，在 matlab 环境下综合运用信号提取，幅频
变换以及傅里叶变换、滤波等技术来进行语音信号处理。我所做的工作就是在
matlab 软件上编写一个处理语音信号的程序，能对语音信号进行采集，并对其
进行各种处理，达到简单语音信号处理的目的。对语音信号的研究，本论文采用
了设计一种滤波器的基本研究方法来达到研究语音信号去噪的目的，最终结合图
像以及对语音信号的回放，通过对比，得出结论。
其大概流程框图可如下表示：（图 1-1）
图 1-1 论文设计的流程
语音信号采集
效果显示、对比
语音信号录入
语音信号变换
信号加噪
语音信号滤波
3
第二章 语音信号去噪方法的研究
在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率 fs.max 大于信号中，最高
频率 fmax 的 2 倍时，即：fs.max>=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了
原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的 5～10 倍；
采样定理又称奈奎斯特定理。1924 年奈奎斯特(Nyquist)就推导出在理想低通信
道的最高 大 码 元 传 输 速 率 的公式: 理 想 低 通 信 道 的 最高大码 元 传 输 速 率
=2W*log2 N (其中 W 是理想低通信道的带宽,N 是电平强度)为什么把采样频率设
为 8kHz。在数字通信中，根据采样定理, 最小采样频率为语音信号最高频率的 2
倍
频带为 F 的连续信号 f(t)可用一系列离散的采样值 f(t1),f(t1±Δt)，
f(t1±2Δt)，...来表示,只要这些采样点的时间间隔Δt≤1/2F，便可根据各采
样值完全恢复原来的信号 f(t)。域采样定理是采样误差理论、随机变量采样理
论和多变量采样理论的基础。对于时间上受限制的连续信号 f(t)（即当│t│>T
时,f(t)=0,这里 T=T2-T1 是信号的持续时间），若其频谱为 F（ω）,则可在频
域上用一系列离散的采样值。
第三章去噪及仿真的研究
录制语音信号，查看其时域频谱图。
加入高频噪声信号，并查看其时域频谱图。
